Zarządzanie ciepłem
O tej porze roku każdy myśli o zarządzaniu ciepłem. Zwłaszcza teraz, gdy w maju 2024 r. odnotowano cały rok rekordowo wysokich miesięcznych temperatur - bezprecedensową passę, według naukowców z NASA Goddard Institute for Space Studies w Nowym Jorku.
Eksperci NASA analizują dane z tysięcy instrumentów lądowych, morskich i niebieskich, aby obliczyć globalną temperaturę Ziemi. Wiedza o tym, jak jest gorąco, pomaga naukowcom, pracownikom służby zdrowia i urzędnikom publicznym planować i reagować na wpływ ciepła na ludzi i infrastrukturę.
Członkowie załogi na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej mają do czynienia z innym rodzajem ciepła - generowanym przez elektronikę, systemy podtrzymywania życia i inny sprzęt. Zarządzanie tym ciepłem ma zasadnicze znaczenie dla działania statku kosmicznego oraz zdrowia i bezpieczeństwa jego pasażerów.
Reaktory ze złożem upakowanym (PBR) to struktury wypełnione kulkami z różnych materiałów w celu zwiększenia kontaktu między przepływającą przez nie cieczą i gazem. Są one szeroko stosowane w wielu aplikacjach, w tym w kontroli termicznej lub zarządzaniu ciepłem, systemach podtrzymywania życia i filtracji wody, oferując niskie zużycie energii, kompaktowe rozmiary i niezawodność. Eksperyment z reaktorem ze złożem upakowanym: Water Recovery Series (PBRE-WRS) kontynuuje ocenę wpływu mikrograwitacji na wydajność różnych mediów wypełniających. Zastosowany materiał oraz kształt i rozmiar kulek przyczyniają się do skuteczności wymiany ciepła w reaktorze PBR. Badanie to może dostarczyć informacji na temat projektowania i działania tych systemów w warunkach mikrograwitacji oraz na Księżycu i Marsie, a także doprowadzić do ulepszenia tej technologii w zastosowaniach na Ziemi, takich jak oczyszczanie wody i systemy chłodzenia.
Poprzednie badania, PBRE i PBRE-2, zapewniły fundamentalne zrozumienie jednoczesnego przepływu gazu i cieczy przez PBR w warunkach mikrograwitacji. To lepsze zrozumienie pomaga wspierać rozwój bardziej wydajnych i lekkich systemów zarządzania termicznego i podtrzymywania życia dla przyszłych misji.
Aby obejrzeć ten film, włącz obsługę JavaScript i rozważ aktualizację do przeglądarki internetowej obsługującej wideo HTML5
W miarę jak urządzenia elektroniczne dodają więcej funkcji, generują więcej ciepła, którego usunięcie staje się coraz trudniejsze. Wrzenie przepływowe to metoda zarządzania ciepłem, która wykorzystuje to ciepło do wrzenia poruszającej się cieczy i generowania pęcherzyków pary, które unoszą ciepło z powierzchni, a następnie zmieniają się z powrotem w ciecz poprzez kondensację. Jednak wykorzystanie wrzenia do zarządzania ciepłem jest mniej wydajne w mikrograwitacji, ponieważ przy braku wyporu pęcherzyki powiększają się i pozostają blisko powierzchni. Eksperyment Flow Boiling and Condensation Experiment (FBCE) przetestował model urządzenia do wrzenia przepływowego i kondensacji dla stacji kosmicznej. Naukowcy zidentyfikowali ważne czynniki wpływające na ten proces w warunkach mikrograwitacji i to, jak różnią się one od tych na Ziemi. Odkrycia te mogą pomóc naukowcom zidentyfikować sposoby poprawy działania tych systemów w warunkach mikrograwitacji.
Badania te doprowadziły również do opracowania sztucznej sieci neuronowej (ANN) przeszkolonej na danych z eksperymentu FBCE w celu przewidywania przepływu i transferu ciepła do wykorzystania w projektowaniu i analizie systemów termicznych. ANN to rodzaj sztucznej inteligencji zbudowanej z jednostek obliczeniowych podobnych do neuronów w układach nerwowych żywych organizmów.
Badanie PFMI-ASCENT wykazało, że dodanie mikroskopijnych zębów lub raszpli do powierzchni spowodowało powstanie większej liczby pęcherzyków i zwiększyło transfer ciepła. Odkrycie to pomaga w dalszym ulepszaniu systemów wrzenia przepływowego wykorzystywanych do usuwania ciepła z elektroniki w kosmosie.
Płyny zachowują się inaczej w kosmosie niż na Ziemi. Capillary Flow Experiment-2 badał zwilżanie lub zdolność cieczy do rozprzestrzeniania się po powierzchni w różnych kształtach pojemników w warunkach mikrograwitacji. Wyniki pokazały, że modele odpowiednio przewidują przepływ cieczy dla różnych kształtów pojemników. Przewidywania te wspierają ulepszone projektowanie systemów przetwarzających ciecze na pokładzie statku kosmicznego, w tym systemów kontroli termicznej.
Melissa Gaskill
International Space Station Research Communications Team
NASA's Johnson Space Center
Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych w tym artykule.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
